JP2016121538A - エンジンの吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水の分離、排出を行いつつ吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る。
【解決手段】エンジン１０の運転中、吸気は、吸気管１４０２を介してインタークーラ３４に導入され、インタークーラ３４の吸気出口部４０から筐体４４の壁部にぶつかることで筐体４４内部で迂回しつつ高圧スロットル５２の吸気入口部５８、吸気出口部６０を介してインテークマニホールド２４に導入される。インタークーラ３４により吸気が冷却されることで発生した凝縮水は、吸気の流れる勢いによって細かい水滴となり、吸気と共に筐体４４内部を流れる。吸気と共に筐体４４の壁部にぶつかることにより壁部の内面に付着することで吸気から凝縮水が分離される。壁部の内面に付着した凝縮水は重力により流下して筐体４４の下部に収容される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの吸気構造に関する。

過給機を備えたエンジンにおいては、過給機で圧縮されて高温となった吸気を冷却するインタークーラが吸気通路に設けられている。
走行風で吸気を冷却するインタークーラは、インタークーラを走行風の通る箇所に配置しなければならない。そのため、インタークーラに接続される吸気通路部分が長くなるため、アクセルを踏み込んだときのエンジンの応答性が低下し、また、上記吸気通路部分が大きなスペースを占有する不利がある。
そこで、引用文献１には、冷却水を用いて吸気を冷却するインタークーラを用いることでインタークーラに接続される吸気通路部分を短縮した技術が提案されている。

特開２０１４−５１９０７号公報

ところで、吸気を冷却するインタークーラでは、吸気に含まれる水分が凝縮することで凝縮水が発生する。凝縮水の一部は吸気と共にエンジンの筒内に排出されて処理されるが、一定量以上の凝縮水が吸気通路に溜まると吸気通路の断面積が低下，もしくは，凝縮水が筒内へ流入し失火するため，エンジンの出力低下を招く。
そこで、インタークーラの下流側に、吸気と共に飛散する凝縮水の水滴を吸気から分離して排出する凝縮水セパレータを設けることが考えられる。
しかしながら、凝縮水セパレータによってインタークーラの下流側の吸気通路部分のスペースが占有されるため、吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、凝縮水の分離、排出を行いつつ吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で有利なエンジンの吸気構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、吸気通路にインタークーラが設けられたエンジンの吸気構造であって、前記インタークーラで冷却された吸気が排出される前記インタークーラの吸気出口部を収容する筐体が設けられ、前記筐体の内部の上部に、前記インタークーラの下流に配置される前記吸気通路の吸気入口部が配置されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記インタークーラは、前記インタークーラよりも上流の前記吸気通路に接続される吸気冷却路と前記空気冷却路に併設され前記吸気冷却路を流れる吸気を冷媒で冷却する冷媒路とが内部に設けられ、前記吸気冷却路の下流端である前記吸気出口部が設けられたボデーを有し、前記吸気出口部の周囲の前記ボデーの箇所は、前記吸気出口部と共に前記筐体の内部に配置されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記吸気出口部は、前記インタークーラで冷却された吸気が上方に排出されるように設けられ、前記吸気出口部は、前記筐体の内部において前記吸気入口部の高さ以上の高さの箇所に設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記筐体に、前記筐体の内部に収容された凝縮水を排出する凝縮水排出路が設けられていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、筐体は、インタークーラから排出される吸気から凝縮水を分離させる凝縮水セパレータとして機能し、筐体は、インタークーラの吸気出口部と吸気通路の吸気入口部とを収容するに足る小さな寸法のもとすることができる。
したがって、凝縮水セパレータを単独で設ける場合に比べて筐体の占有スペースは小さなもので済み、凝縮水の分離、排出を行いつつ吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、凝縮水が壁部の内面により付着しやすくなり、吸気から凝縮水を効率よく分離する上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、筐体内部を流通する吸気が、筐体の内部に収容され冷媒で冷却された温度の低いボデーの部分を介して冷却されるので、吸気の冷却効率を高める上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、凝縮水排出路により凝縮水を速やかに排出する上で有利となる。

第１の実施の形態のエンジンの吸気構造が適用されたエンジンの構成を示す説明図である。 第１の実施の形態のエンジンの吸気構造の説明図である。 第２の実施の形態のエンジンの吸気構造の説明図である。 第３の実施の形態のエンジンの吸気構造の説明図である。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明のエンジンの吸気構造が適用されたエンジンの構成について説明する。
本実施の形態では、エンジンがディーゼルエンジンである場合について説明する。なお、本発明はガソリンエンジンにも無論適用可能である。

図１に示すように、エンジン１０は、エンジン本体１２と、吸気通路１４と、排気通路１６と、過給機１８と、低圧ＥＧＲ装置２０と、高圧ＥＧＲ装置２２と、インテークマニホールド２４とを含んで構成されている。

エンジン本体１２は、シリンダヘッド１２０２と、シリンダブロック１２０４とを含んで構成されている。
シリンダヘッド１２０２に燃焼室が形成され、シリンダブロック１２０４にピストンを収容する複数の気筒（シリンダ室）が形成されている。

吸気通路１４は、吸気管１４０２の吸気通路部と、インテークマニホールド２４の吸気通路部と、エンジン本体１２の吸気ポート３６とを含んで構成されている。
吸気管１４０２には、吸気の上流側から下流側に向かって、エアクリーナ１４１０、低圧スロットル１４１２、コンプレッサ１８０２がこれらの順に設けられている。
排気通路１６は、エンジン本体１２の排気ポートと、エキゾーストマニホールド１６０４の排気通路部と、排気管１６０２の排気通路部とを含んで構成されている。
排気管１６０２には、排気の上流側から下流側に向かって、タービン１８０４、排気ガス浄化装置２６がこれらの順に設けられている。

過給機１８は、コンプレッサ１８０２とタービン１８０４とで構成され、排気管１６０２を通る排気ガスのエネルギーによりタービン１８０４が回転されることでコンプレッサ１８０２を回転させ吸気管１４０２の吸気を圧縮して高圧の吸気としてエンジン本体１２に供給するものである。

低圧ＥＧＲ装置２０は、排気ガス浄化装置２６から排出される排気ガスを低圧ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１８０２の上流側の吸気管１４０２の箇所に還流するものである。
低圧ＥＧＲ装置２０は、低圧ＥＧＲガスを還流する低圧ＥＧＲ通路２００２を備え、低圧ＥＧＲ通路２００２には、低圧ＥＧＲガスに含まれる異物(排気系製造時の溶接スパッタやスラグ、触媒片、ＤＰＦ片など)を除去するＥＧＲフィルタ２００４と、低圧ＥＧＲガスを冷却する空冷式の低圧ＥＧＲクーラ２００６と、低圧ＥＧＲガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲバルブ２００８とを含んで構成されている。

高圧ＥＧＲ装置２２は、タービン１８０４の上流側の排気管１６０４の箇所から取り出した排気ガスをＥＧＲガス（高圧ＥＧＲガス）としてコンプレッサ１８０２の下流側に位置するインテークマニホールド２４に還流するものである。
高圧ＥＧＲ装置２２は、排気管１６０２とインテークマニホールド２４とを接続してＥＧＲガスを還流する高圧ＥＧＲ通路２２０２と、高圧ＥＧＲバルブ２２０４とを含んで構成されている。

図２に示すように、本実施の形態のエンジンの吸気構造は、吸気管１４０２の吸気通路部に設けられたインタークーラ３４と、インタークーラ３４の吸気出口部４０を収容する筐体４４とを含んで構成されている。
本実施の形態では、インタークーラ３４は、吸気管１４０２の下流端とインテークマニホールド２４との間に設けられている。
なお、図中、矢印ＵＰは車両の上方を示し、矢印ＤＯＷＮは車両の下方を示す。
また、図中符号４６は、シリンダヘッド１２０２に形成され各気筒に連通する吸気ポートの開口を示す。

インタークーラ３４は、過給機１８で圧縮されて高温となった吸気を冷却するものであり、本実施の形態では、インタークーラ３４は、吸気を冷媒を用いて冷却する。
インタークーラ３４は、ボデー３６を備えている。
ボデー３６の下部に吸気管１４０２の下流端に接続され吸気が導入される吸気入口部３８が設けられ、ボデー３６の上部にインタークーラ３４で冷却された吸気が排出される吸気出口部４０が設けられている。
本実施の形態では、吸気出口部４０は、インタークーラ３４で冷却された吸気が上方に排出されるように設けられている。

吸気入口部３８と吸気出口部４０との間に冷却部４２が設けられている。
冷却部４２は、上下方向に延在する複数の吸気冷却路４２Ａと、複数の吸気冷却路４２Ａに並設され吸気と冷媒との熱交換を行う複数の冷媒路４２Ｂとを含んで構成され、吸気は、冷媒により冷却されつつ吸気冷却路４２Ａを流れる。
本実施の形態では、冷媒として冷却水を用いており、図１に示すように、冷却水が電動ウォータポンプ３０によりラジエータ２８から冷却水通路３２を介して冷媒路４２Ｂに供給され、冷媒路４２Ｂを通過した冷却水は冷却水通路３２を介してラジエータ２８に循環され、ラジエータ２８と前記冷媒路４２Ｂとの間で循環される。これにより、複数の冷媒路４２Ｂにより吸気冷却路４２Ａを流れる吸気が冷却される。
なお、冷媒として冷却水以外の従来公知の様々な冷媒ガス、冷却液を用いてもよいことは無論である。
また、吸気冷却路４２Ａおよび冷媒路４２Ｂの構造は、従来公知の様々な吸気冷却路４２Ａおよび冷媒路４２Ｂの構造が採用可能である。
また、インタークーラ３４は、走行風で吸気を冷却する空冷式のものであってもよい。

筐体４４は、インタークーラ３４の吸気出口部４０を収容するものである。
筐体４４は、底壁４４０２と、底壁４４０２の周囲から立設される側壁４４０４と、側壁４４０４の上部を接続する上壁４４０６とを備えている。
筐体４４の底壁４４０２から側壁４４０４にわたって開口４４１０が設けられ、この開口からインタークーラ３４の吸気出口部４０と吸気出口部４０の周囲のボデー３６の部分が筐体４４の内部に挿入されて収容され、開口４４１０とボデー３６との間は液密に接続されている。
また、筐体４４の下部に、筐体４４の内部に収容された凝縮水を排出する凝縮水排出路４８が接続されている。
また、筐体４４の内部において筐体４４の高さ方向の中間部には、厚さ方向を上下方向に向け上下方向に間隔をおいて複数の邪魔板５０が設けられ、車両走行時の振動により、筐体４４の下部に収容された凝縮水が後述する高圧スロットル５２の吸気入口部５８に向かう方向へ移動することを抑制している。

筐体４４の上部に、高圧スロットル５２が設けられている。
高圧スロットル５２は、インテークマニホールド２４に供給される吸気量を調整するものである。
高圧スロットル５２は、吸気通路部が設けられたボデー５４と、ボデー５４に設けられ吸気通路部を開閉する弁体５６とを備えている。
高圧スロットル５２の吸気通路部の吸気入口部５８は、筐体４４の内部に収容されており、高圧スロットル５２の吸気通路部の吸気出口部６０は、筐体４４の外部に位置しインテークマニホールド２４の上流端に接続されている。
したがって、本実施の形態では、インタークーラ３４の下流に配置される吸気通路１４の吸気入口部が、高圧スロットル５２の吸気入口部５８で構成され、筐体４４の内部に位置している。
本実施の形態では、インタークーラ３４の吸気出口部４０は、筐体４４の内部において高圧スロットル５２の吸気入口部５８（吸気通路１４の吸気入口部）の高さ以上の高さの箇所に設けられている。

次に作用効果について説明する。
図２に矢印で示すように、エンジン１０の運転中、吸気は、吸気管１４０２を介してインタークーラ３４に導入され、インタークーラ３４の吸気出口部４０から筐体４４の壁部である上壁４４０６、側壁４４０４、底壁４４０２にぶつかることで筐体４４内部で迂回しつつ高圧スロットル５２の吸気入口部５８、吸気出口部６０を介してインテークマニホールド２４に導入される。
インタークーラ３４により吸気が冷却されることで発生した凝縮水は、吸気の流れる勢いによって細かい水滴となり、吸気と共に筐体４４内部を流れる。
したがって、吸気と共に筐体４４の壁部にぶつかることにより壁部の内面に付着することで吸気から凝縮水が分離される。壁部の内面に付着した凝縮水は重力により流下して筐体４４の下部に収容される。筐体４４の下部に収容された凝縮水は、凝縮水排出路４８を介して車外に排出される。

本実施の形態によれば、筐体４４は、インタークーラ３４から排出される吸気から凝縮水を分離させる凝縮水セパレータとして機能する。
そして、筐体４４は、インタークーラ３４の吸気出口部４０と高圧スロットル６２の吸気入口部５８とを収容するに足る小さな寸法のもとすることができる。
したがって、凝縮水セパレータを単独で設ける場合に比べて筐体４４の占有スペースは小さなもので済み、凝縮水の分離、排出を行いつつ吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、インタークーラ３４の吸気出口部４０は、インタークーラ３４で冷却された吸気が上方に排出されるように設けられ、インタークーラ３４の吸気出口部４０は、筐体４４の内部において高圧スロットル５２の吸気入口部５８の高さ以上の高さの箇所に設けられている。
したがって、インタークーラ３４の吸気出口部４０から筐体４４内部に排出された吸気が筐体４４内部で大きく迂回して高圧スロットル５２の吸気入口部５８に導入される。そのため、筐体４４内部を流れる吸気が筐体４４の壁部の内面により接触しやすくなり、したがって、凝縮水が壁部の内面により付着しやすくなり、吸気から凝縮水を効率よく分離する上で有利となる。

また、本実施の形態では、インタークーラ３４の吸気出口部４０と吸気出口部４０の周囲のボデー５４の部分が筐体４４の内部に収容されているため、筐体４４内部を流通する吸気が、筐体４４の内部に収容され冷媒で冷却された温度の低いボデー５４の部分を介して冷却される。
したがって、吸気の冷却効率を高める上で有利となる。

また、本実施の形態では、筐体４４に、筐体４４の内部に収容された凝縮水を排出する凝縮水排出路４８が接続されているので、凝縮水を速やかに排出する上で有利となる。

また、本実施の形態では、吸気の流れる方向において高圧スロットル５２を筐体４４の下流側に配置したが、高圧スロットル５２は、インタークーラ３４の上流側の吸気管１４０２の部分に配置してもよい。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、凝縮水が分離されたあとの吸気が高圧スロットル５２を通過するため、弁体５６や弁体５６の支軸が錆びにくくなり、高圧スロットル５２の耐久性の向上を図る上で有利となる。また、弁体５６や弁体５６の支軸を構成する材料として耐錆性がそれほど高くない安価な材料を用いることができ、コストダウンを図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、インテークマニホールド２４の上流側に筐体４４の内部空間が接続されることになるため、筐体４４を、複数の気筒への吸気の供給量を均等化するサージタンクとして兼用することが可能である。
したがって、インテークマニホールド２４にサージタンクを別途設ける場合に比べて、吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図３は第２の実施の形態のエンジンの吸気構造の説明図である。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態では、ボデー３６の向きと筐体４４に収容されるボデー３６の容積とが第１の実施の形態と異なっている。
すなわち、第２の実施の形態では、インタークーラ３４の吸気入口部３８とその周辺のボデー３６の部分を除く残りのボデー３６の全ての部分が筐体４４の内部に収容されている。
インタークーラ３４の吸気入口部３８は、上下方向と直交する横方向に向けられ、複数の吸気冷却路４２Ａは前記横方向に向けられ、インタークーラ３４の吸気出口部４０は筐体４４の内部において前記横方向に向けられている。
高圧スロットル５２の吸気入口部５８は、筐体４４の内部でインタークーラ３４の吸気出口部４０から離れたボデー３６の箇所に向けて配置されている。

第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、筐体４４は、インタークーラ３４から排出される吸気から凝縮水を分離させる凝縮水セパレータとして機能する。
そして、筐体４４は、インタークーラ３４の吸気出口部４０と高圧スロットル５２の吸気入口部５８とを収容しボデー３６の表面に沿った寸法の小さな寸法のもとすることができる。
したがって、凝縮水セパレータを単独で設ける場合に比べて筐体４４の占有スペースは小さなもので済み、凝縮水の分離、排出を行いつつ吸気通路部分のスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、ボデー３６の大半の部分が筐体４４の内部に収容されているため、筐体４４内部を流通する吸気が、筐体４４の内部に収容され冷媒で冷却された温度の低いボデー３６の大半の部分を介してより効率よく冷却される。
したがって、吸気の冷却効率を高める上で有利となる。
また、高圧スロットル５２の吸気入口部５８がボデー３６に向けられているため、冷却された温度の低いボデー３６の部分を介して冷却された吸気を高圧スロットル５２に導入する上でより有利となる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
図４は第３の実施の形態のエンジンの吸気構造の説明図である。
第３の実施の形態は、第２の実施の形態の変形例である。
第３の実施の形態では、インタークーラ３４の吸気入口部３８、複数の吸気冷却路４２Ａ、インタークーラ３４の吸気出口部４０の向きは第２の実施の形態と同様であり、筐体４４に収容されるボデー３６の容積が第２の実施の形態と異なっている。
すなわち、第３の実施の形態では、インタークーラ３４の吸気出口部４０と吸気出口部４０の周辺のボデー３６の箇所とが筐体４４に収容されている。
そして、インタークーラ３４の吸気出口部４０の上方に高圧スロットル５２の吸気入口部５８が位置している。
第３の実施の形態によっても第２の実施の形態と同様の効果が奏される。

なお、実施の形態では、インタークーラ３４がインテークマニホールド２４の上流端近傍の箇所に設けられている場合について説明したが、インタークーラ３４をインテークマニホールド２４から離れた吸気通路１４の箇所に設けてもよく、インタークーラ３４の位置は任意である。

１０ エンジン
１４ 吸気通路
３４ インタークーラ
３６ ボデー
３８ 吸気入口部
４０ 吸気出口部
４４ 筐体
４８ 凝縮水排出路
５８ 吸気入口部

Claims (4)

1. 吸気通路にインタークーラが設けられたエンジンの吸気構造であって、
   前記インタークーラで冷却された吸気が排出される前記インタークーラの吸気出口部を収容する筐体が設けられ、
   前記筐体の内部の上部に、前記インタークーラの下流に配置される前記吸気通路の吸気入口部が配置されている、
   ことを特徴とするエンジンの吸気構造。
2. 前記インタークーラは、前記インタークーラよりも上流の前記吸気通路に接続される吸気冷却路と前記空気冷却路に併設され前記吸気冷却路を流れる吸気を冷媒で冷却する冷媒路とが内部に設けられ、前記吸気冷却路の下流端である前記吸気出口部が設けられたボデーを有し、
   前記吸気出口部の周囲の前記ボデーの箇所は、前記吸気出口部と共に前記筐体の内部に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気構造。
3. 前記吸気出口部は、前記インタークーラで冷却された吸気が上方に排出されるように設けられ、
   前記吸気出口部は、前記筐体の内部において前記吸気入口部の高さ以上の高さの箇所に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの吸気構造。
4. 前記筐体に、前記筐体の内部に収容された凝縮水を排出する凝縮水排出路が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のエンジンの吸気構造。

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